计算机网络基础学习笔记（一）

internet 与 Internet 的区别：

internet (互联网或互连网) 是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通讯协议是任意的。

Internet (因特网) 是一个专有名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

2. 因特网发展的三个阶段

阶段一：从单个网络ARPANET向互联网发展

1969年，第一个分组交换网 ARPANET;

70年代中期，研究多种网络互联；

1983年， TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议(因特网诞生时间)；

阶段二：逐步建成三级结构的因特网

1985年， NSF围绕六个大型计算机中心建设NSFNET(主干网，地区网，校园网)；

1990年，ARPANET任务完成，正式关闭；

1991年，美国政府将因特网主干网交给私人公司运营，并开始对接因特网的单位收费；

阶段三：逐步形成了多层次的ISP结构的因特网

1993年， NSFNET逐渐被若干个商用因特网主干网替代，政府机构不再负责因特网运营，让各种因特网服务提供者ISP来运营；

1994年，万维网WWW技术促进使因特网迅速发展；

1995年， NSFNET停止运作，因特网彻底商业化。

因特网服务提供者ISP ( Internet Service Provider )

简而言之，是网络供应商，比如在我国主要是，中国移动，中国联通，中国电信三大电信运营商。

基于ISP三层结构的因特网

简单的示意图

第一层ISP的服务面积最大，通常称之为因特网主干网，一般都能够覆盖国际性区域范围，并且拥有高速链路和交换设备，第一层ISP之间直接互连。

第二层ISP和一些大公司都是第一层ISP的用户，通常具有区域性或国家性覆盖规模，与少数第一层ISP相连接。

第三层ISP又称为本地ISP，是第二层ISP的用户，且只拥有本地范围的网络，一般的校园网或企业网，以及住宅用户和无线移动用户，都是第三层ISP的用户。

3.因特网的标准化工作

因特网的标准化工作对因特网发展起到了非常重要的作用。

（一）因特网在制定其标准上的一个很大特点是面向公众。

1.因特网所有的RFC (Request For Comments) 技术文档都可以从因特网上免费下载；(http://www.ietf.org/rfc.html)

2.任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的建议或意见。

（二）因特网协会ISOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在全世界范围内促进其发展和使用。

1.因特网体系结构委员会IAB，负责管理因特网有关协议的开发；

2.因特网工程部IETF，负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化；

3.因特网研究部IRTF，从事理论方面的研究和开发一些需要长期烤炉的问题。

（三）制定因特网的正式标准要经过以下四个阶段：

1.因特网草案 (在这个阶段还不是RFC文档)；

2.建议标准 (在这个阶段就成为RFC文档)；

3.草案标准；

4.因特网标准；

注：并非所有的RFC文档是因特网标准，只有一小部分RFC文档最后才能变成因特网标准。

4. 因特网的组成

（一）边缘部分

所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来通信 (传输数据

音频或视频)和资源共享。

（二）核心部分

由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的 (提供连通性和交换).

二. 计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一

计算机网络的最简单的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信：
自治：是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；
集合：是指至少需要两台计算机；

计算机网络的较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬
件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数
据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并
能支持广泛的和日益增长的应用。

1. 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手
机等智能硬件。
2. 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括
今后可能出现的各种应用)。

三. 计算机网络分类

1. 按地理位置(覆盖范围)分类

按分布范围，可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人区域网。

（一）广域网

广域网 (Wide Area Network，简称WAN)是将分布在各地的局域网络连接起来的网络，是“网间网”(网络之间的网络)。它是一种覆盖范围广泛的网络，通过使用公共或专用的电信线路和设备，将远距离的局域网互相连接起来。WAN可以跨越城市、国家甚至大陆，使得远程地点的用户能够共享数据、资源和服务。广域网通常由多个局域网组成，这些局域网通过路由器、交换机和其他网络设备连接起来。数据在WAN中通过分组交换的方式传输，通常使用互联网协议（IP）进行通信。常见的WAN技术包括传统的电话线路、数字电话网络（ISDN）、数字用户线路（DSL）、电缆调制解调器和光纤等。

（二）城域网

城域网 (Metropolitann Area Network, 简称MAN)是规模局限在一座城市范围内的区域性网络。与局域网相比，城域网具有分布地理范围广的特点，一般来说，城域网的覆盖范围为10~100KM。

（三）局域网

局域网 (Local Area Network,简称LAN)，一般在几十米到几千米的范围内，一个局域网可以容纳几台至几千台计算机。由于采用了不同传输能力的传输介质，因此局域网的传输距离也不同。

按照网络的拓扑结构和传输介质，局域网通常可划分为以下几种类型：

以太网局域网（Ethernet LAN）：基于以太网技术建立的局域网，使用以太网协议进行数据传输，常见的有10Base-T、100Base-TX和Gigabit Ethernet等。

无线局域网（Wireless LAN）：使用无线传输介质，如Wi-Fi技术，建立的局域网。无线局域网可以覆盖更大的区域，并提供无线接入服务。

令牌环局域网（Token Ring LAN）：使用令牌环协议进行数据传输的局域网。各个设备依次发送数据包，每个设备只有得到令牌才能发送数据。

令牌总线局域网（Token Bus LAN）：使用令牌总线协议进行数据传输的局域网。数据通过总线传输，每个设备需要获得令牌才能发送数据。

FDDI局域网（Fiber Distributed Data Interface LAN）：使用光纤进行数据传输的局域网。FDDI局域网提供更高的带宽和可靠性。

ATM局域网（Asynchronous Transfer Mode LAN）：使用异步传输模式进行数据传输的局域网。ATM局域网适用于高速数据传输和多媒体应用。

其中最常用的是以太网。

（四）个人区域网

近年来，随着各种短距离无线通信技术的发展，人们提出了个新的概念，即个人区域网(Personal Area Network,简称PAN)。PA的核心思想是，用无线电或红外线代替传统有线电缆，实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的信息网络，因此称为无线个人区域网(Wireless PAN)，其范围在10m左右。

2.按网络拓扑结构分类

按网络拓扑结构可以分为以下几种分类：

（一）总线型拓扑结构

所有节点都连接到同一条总线上，节点之间通过总线进行通信。这种拓扑结构简单、易于实现，但当总线出现故障时，整个网络将无法正常工作。所以总线型网络结构现在基本被淘汰了。

（二）星型拓扑结构

所有节点都连接到一个中心节点上，中心节点负责转发数据。这种拓扑结构易于部署和管理，但如果中心节点出现故障，整个网络将无法正常工作。

（三）环型拓扑结构

所有节点通过一个环路连接在一起，每个节点将数据传递给下一个节点。这种拓扑结构可以实现高度的可靠性和冗余，但维护成本较高。

（四）网状拓扑结构

所有节点都直接连接到其他节点，形成一个网状结构。这种拓扑结构具有很高的可靠性和冗余，但实现和管理成本较高。

在实际应用中，常用的网络拓扑结构为星型和网状结构。星型结构常用于小型局域网中，而网状结构常用于大型广域网中。

3.按传输介质分类

（一）有线网络

是指通过电缆或光纤连接设备和网络的网络连接方式。有线网络通常比无线网络更稳定和可靠，由于数据传输通过物理介质，速度也更快。常见的有线网络包括以太网和光纤网络。有线网络广泛应用于家庭、办公室和数据中心等场所，提供高速的互联网连接和局域网服务。常见的有以太网（Ethernet）和电话线网络（DSL）等。

（二）无线网络

使用无线电波来传输数据，通常使用Wi-Fi或蓝牙技术。它可以通过无线路由器或无线接入点将互联网连接传输给用户设备，例如智能手机、平板电脑和笔记本电脑。除了家庭和办公室中常见的Wi-Fi网络，公共场所如咖啡馆、图书馆和酒店等也提供无线网络服务。无线网络的优点包括便捷性、灵活性和移动性。用户可以随时随地连接到互联网，无需使用有线连接。无线网络还允许多个设备同时连接，方便多人共享互联网连接。

4.按交换技术分类

（一）电路交换网络

在建立通信前，需要先建立一个专用的通信路径，并且在通信过程中该路径会一直保持。在通信的两个节点之间，数据会沿着该路径直接传输。常见的电路交换技术包括电路交换电话网络。

优点：

低延迟：由于通信线路在通信过程中始终被保持，因此数据可以迅速传输，从而实现低延迟的通信。
独占带宽：在电路交换网络中，用户在通信过程中能够获得独占的带宽，不会受到其他用户的影响，从而保证了通信的稳定性和可靠性。
适用于实时应用：由于低延迟和独占带宽的特点，电路交换网络非常适用于实时应用，如电话通话和视频会议等。

缺点：

资源浪费：在电路交换网络中，通信线路在通信过程中被保持，即使在通信时段空闲也无法被其他用户利用，导致资源浪费。
扩展性差：电路交换网络的通信线路数量是固定的，如果需要增加新的用户，需要增加新的通信线路，因此扩展性较差。
故障恢复困难：如果在通信过程中发生故障，如通信线路断开，整个通信过程都会中断，恢复困难。
高成本：由于需要独占的通信线路和设备，电路交换网络的建设和维护成本较高。

（二）报文交换网络

在发送数据之前，将数据分成一段一段的报文，并且每个报文带有目的地址等信息。在传输过程中，每个报文会独立传输，并且可能通过不同的路径到达目的地。常见的报文交换技术包括分组交换网络。

优点：

灵活性高：报文交换网络可以支持多种类型的数据传输，包括文本、音频、视频等多媒体数据。它不受数据类型的限制，可以根据需要自由配置。

高可靠性：由于数据被分割成小数据包传输，即使其中一个数据包出现问题，其他数据包仍然可以继续传输，保证数据的完整性和可靠性。

可扩展性强：报文交换网络可以根据需求进行扩展，增加更多的交换机和链路，以支持更多的用户和数据传输量。

高效性：报文交换网络采用分组交换的方式，可以同时处理多个数据包的传输，提高了网络的传输效率和吞吐量。

缺点：

传输延迟：由于数据被分割成小数据包传输，并且需要在目的地进行重新组装，因此会引入一定的传输延迟。这对于某些实时性要求高的应用，如语音通话和视频会议可能会有影响。

网络拥塞：在高负载情况下，报文交换网络可能会出现网络拥塞现象，导致数据传输速度下降。这可能会造成数据丢失和传输失败。

配置复杂：报文交换网络的配置相对复杂，需要对网络拓扑、交换机配置、数据路由等进行精确的配置和管理。

安全性问题：由于数据被分割成小数据包传输，并且通过不同的交换机进行中转，可能存在数据安全性问题，如数据泄露和篡改的风险。

（三）分组交换网络

数据分成固定大小的数据包（也称为分组或报文），每个数据包都带有目的地址等信息，然后通过通信链路传输。在传输过程中，数据包可能会通过不同的路径到达目的地，因此需要在接收端进行重组。常见的分组交换技术包括IP网络。

优点：

灵活性高：分组交换网络可以根据需求灵活地分配带宽，适应不同类型的流量需求。
可靠性高：分组交换网络中每个数据包都带有目的地址和校验和，即使在传输过程中发生错误，也可以通过重新发送或纠错算法进行修复。
高效性：由于数据包可以独立传输，分组交换网络可以在数据传输过程中并行处理多个数据包，提高网络的整体传输效率。
支持多种服务类型：分组交换网络可以支持不同的服务类型，如实时流媒体、网页浏览、文件传输等，可以根据应用的需求进行服务质量的调整。

缺点：

时延不确定性：分组交换网络的数据包在传输过程中需要经过多个节点，每个节点都需要一定的处理时间和传输时间，导致传输时延不确定，对实时应用可能造成一定的影响。
丢包问题：由于分组交换网络中数据包独立传输，可能会出现数据包丢失的情况。丢失的数据包需要重新发送，会增加传输延迟。
网络拥塞：分组交换网络中的节点和链路资源是共享的，当网络流量过大时，可能会导致网络拥塞，降低整体的传输性能。